راهبرد منحصر به فرد پادتن ها برای از کار انداختن ویروس ها - وبلاگ دیدگاه

به گزارش وبلاگ دیدگاه، یک گروه بین المللی از پژوهشگران در آنالیز مشترکی، راهبرد جدیدی را کشف نموده اند که پادتن ها به واسطه آن می توانند جلوی ورود ویروس ها به سلول های بدن را بگیرند.

به گزارش وبلاگ دیدگاه و به نقل از وب سایت رسمی دانشگاه پنسیلوانیا، این موضوع به طور گسترده ای درک شده است که پادتن ها، ویروس ها را با چسبیدن به سطوح آنها خنثی می نمایند و از توانایی آنها در آلوده کردن سلول های میزبان جلوگیری می نمایند اما یک پژوهش نو نشان می دهد که این روش، تنها راهی نیست که پادتن ها به واسطه آن، ویروس ها را از کار می اندازند. یک گروه بین المللی از پژوهشگران به سرپرستی دانشگاه پنسیلوانیا(Penn State) کشف نموده اند که پادتن ها می توانند ویروس ها را منحرف نمایند و در نتیجه، مانع اتصال و ورود درست آنها به سلول ها شوند.

گانش آناند(Ganesh Anand)، استادیار شیمی دانشگاه پنسیلوانیا گفت: همه فکر می نمایند که پادتن ها به ویروس ها متصل می شوند و مانع از ورود آن ها به سلول ها می شوند یعنی اساسا آنها را قفل می نمایند اما پژوهش ما برای نخستین بار نشان می دهد که پادتن ها ممکن است ویروس ها را از نظر فیزیکی نیز منحرف نمایند تا نتوانند به درستی به سلول های میزبان متصل شوند و آنها را آلوده نمایند.

آناند و همکارانش در این پژوهش، تعاملات میان یک پادتن مونوکلونال انسانی(HMAb) موسوم به C10 و دو ویروس زیکا(Zika) و دنگی(Dengue) را آنالیز کردند. پادتن C10 مورد استفاده در این پژوهش، پیشتر از بیماران مبتلا به ویروس دنگی به دست آمده بود که نشان داده بودند می توانند ویروس زیکا را خنثی نمایند.

پژوهشگران، ترکیبی از چند روش از جمله میکروسکوپ الکترونی کرایو(cryo-EM) را برای تماشا ویروس ها و طیف سنجی جرمی تبادل هیدروژن/دوتریوم(HDXMS) را برای درک حرکت آنها به کار بردند.

آناند ادامه داد: میکروسکوپ الکترونی کرایو، محلول حاوی مولکول های مورد نظر را آنالیز می نماید و سپس، آنها را با الکترون ها هدف قرار می دهد تا تصاویر متعددی را از مولکول ها در جهت های گوناگون ارائه دهد. سپس، این تصاویر در یک عکس فوری از ظاهر مولکول ادغام می شوند. این روش، تصاویر بسیار دقیق تری از مولکول ها را نسبت به سایر انواع میکروسکوپ ارائه می دهد.

پژوهشگران برای مستندسازی اثرات پادتن ها روی ویروس های زیکا و دنگی، عکس های فوری میکروسکوپ الکترونی کرایو از ویروس ها را در شرایط افزایش غلظت پادتن ها جمع آوری کردند.

پژوهشگران در پروژه خود، از طیف سنجی جرمی تبادل هیدروژن/دوتریوم نیز استفاده کردند. در این روش، مولکول های مورد نظر که در این پژوهش ویروس زیکا و دنگی بودند، همراه با پادتن های مونوکلونال C10 در آب سنگین غوطه ور می شوند. آناند شرح داد که اتم های هیدروژن آب سنگین، با دوتریوم جایگزین شده اند که همزاد ایزوتوپی سنگین تر هیدروژن است.

وی افزود: هنگامی که یک ویروس در آب سنگین غوطه ور می گردد، اتم های هیدروژن روی سطح ویروس با دوتریوم جایگزین می شوند. سپس می توان از طیف سنجی جرمی برای سنجش سنگینی ویروس استفاده کرد. ما با انجام دادن این کار مشاهده کردیم که ویروس دنگی با دوتریوم، سنگین تر شد زیرا پادتن های بیشتری به محلول اضافه شدند. این نشان می دهد که پادتن ها ویروس دنگی را تحریف می نمایند و اجازه می دهند دوتریوم بیشتری وارد آن گردد. گویی ویروس در حال فشرده شدن است و سطح بیشتری در معرض دید قرار می گیرد که در آن می توان هیدروژن را با دوتریوم مبادله کرد.

در مقابل، هنگامی که ویروس زیکا در آب سنگین قرار می گیرد، سنگین تر نمی گردد و این نشان می دهد که اگرچه سطح آن کاملا به وسیله پادتن ها اشغال شده اما به وسیله پادتن ها منحرف نشده است.

آناند شرح داد که این گروه پژوهشی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی کرایو و طیف سنجی جرمی تبادل هیدروژن/دوتریوم توانسته اند تصویر جامعی را از آن چه هنگام چسبیدن پادتن ها به ویروس های زیکا و دنگی رخ می دهد، به دست آورند.

وی افزود: این کار مانند کتاب های مصور است که هر صفحه آن تصویر متفاوتی دارد و هنگامی که کتاب را ورق می زنید، یک فیلم کوتاه می بینید. یک کتاب با تصاویر اسب مسابقه را تصور کنید. میکروسکوپ الکترونی کرایو به شما نشان می دهد که اسب مسابقه چگونه به نظر می رسد و طیف سنجی جرمی تبادل هیدروژن/دوتریوم به شما سرعت حرکت اسب مسابقه را نشان می دهد. برای این که بتوانید یک اسب مسابقه را در حال حرکت توصیف کنید، به هر دو روش احتیاج دارید. این مجموعه مکمل به ما یاری می نماید تا بفهمیم چگونه یک نوع پادتن به طور متفاوت بر دو نوع ویروس تأثیر می گذارد.

آناند گفت که این واقعیت که هرچه پادتن های بیشتری اضافه گردد، ذرات ویروس دنگی بیشتر منحرف می شوند، نشان می دهد که قیاس سنجی یا استوکیومتری(Stoichiometry) چقدر اهمیت دارد.

پژوهشگران دریافتند در شرایط اشباع که طی آن، پادتن ها در غلظت های کافی اضافه می شوند تا همه مکان های اتصال موجود روی ویروس های دنگی را پر نمایند، 60 درصد از ویروس ها منحرف می شوند. این اعوجاج، برای محافظت از سلول ها در برابر عفونت کافی بود.

آناند گفت: اگر پادتن ها به قدر کافی وجود داشته باشند، ذره ویروس را به میزان لازم منحرف می نمایند تا پیش از رسیدن به سلول های مورد نظر، بی ثبات شوند.

زمانی که دانشمندان، ویروس های دنگی متصل به پادتن را با سلول های BHK-21 در کلیه همسترهای نوزاد در تعامل قرار دادند، دریافتند که آلوده شدن سلول ها، بین 50 تا 70 درصد کاهش یافته است.

آناند شرح داد که پادتن ها در بعضی از ویروس ها از جمله زیکا، با مسدود کردن راه های خروجی کار می نمایند تا ویروس نتواند از آنها خارج گردد.

وی افزود: ما مکانیسم نوی را در ویروس دنگی یافتیم که پادتن ها به واسطه آن، راه ها را می بندند تا ویروس نتواند بیرون بیاید.

پادتن ها چگونه ذرات ویروس دنگی را منحرف می نمایند؟

به گفته آناند، برخلاف کروناویروس سندروم حاد تنفسی 2(SARS-CoV-2) که اکنون آشناست و دارای پروتئین های خوشه ای است که در همه جهات بیرون زده اند، سطوح زیکا و دنگی صاف تر هستند و برآمدگی هایی نیز دارند.

آناند گفت که پادتن ها در خصوص ویروس دنگی، اتصال به برآمدگی های موسوم به رئوس پنج گانه(five-fold vertices) را ترجیح می دهند. هنگامی که همه پروتئین های رئوس پنج گانه متصل شوند، پادتن ها به برآمدگی های مورد نظر دوم خود یعنی رئوس سه گانه(three-fold vertices) روی می آورند. نهایتا، تنها رئوس دوگانه(two-fold vertices) باقی می مانند.

آناند افزود: پادتن ها از رئوس دوگانه خوششان نمی آید زیرا بسیار متحرک هستند و اتصال به آن ها سخت است. ما متوجه شدیم هنگامی که رئوس پنج گانه و سه گانه به طور کامل به پادتن ها متصل می شوند، اگر پادتن های بیشتری را به محلول اضافه کنیم، ویروس آغاز به لرزیدن می نماید. این رقابت میان پادتن هایی که کوشش می نمایند وارد شوند و ویروسی که کوشش می نماید آنها را از بین ببرد، وجود دارد. در نتیجه، این پادتن ها به جای اتصال به رئوس دوگانه، نهایتا به درون ویروس نفوذ می نمایند. ما فکر می کنیم که این حفاری در ذره ویروس است که به تکان خوردن ویروس و از دست رفتن عملکرد آن منجر می گردد.

تفاوت زیکا و دنگی چیست؟

آناند شرح داد که زیکا یک ویروس بسیار پایدارتر و پویاتر از دنگی است که بخش های متحرک زیادی دارد.

وی افزود: دنگی و زیکا شبیه به هم هستند اما هر کدام ویژگی متفاوتی دارند. دنگی ممکن است به عنوان یک ویروس متحرک تر، برای جلوگیری از گرفتار شدن به وسیله پادتن ها تکامل یافته باشد. قسمت های متحرک آن، سیستم ایمنی را گیج می نمایند و از بین می برند. پادتن ها با نفوذ به ویروس دنگی و تحریف آن، راهی برای حل کردن این مشکل ایجاد نموده اند.

به گفته آناند، به نظر می رسد که یک نوع پادتن می تواند زیکا و دنگی را به دو روش متفاوت خنثی کند. یک روش، اتصال به ویروس و غیرفعال کردن آن است که روش سنتی در خصوص فعالیت پادتن به شمار می رود و دیگری، نفوذ به ویروس و منحرف کردن آن است.

سایر ویروس ها

آناند گفت: راهبردی که گروه او کشف نموده، ممکن است هنگام مواجهه با انواع دیگر ویروس نیز مورد استفاده پادتن ها قرار بگیرد.

وی افزود: دنگی فقط یک ویروس نمونه است که ما در آزمایش های خود از آن استفاده کردیم اما فکر می کنیم که این راهبرد پیشگیرانه ممکن است به صورت گسترده برای هر ویروسی قابل اجرا باشد. پادتن ها ممکن است ابتدا به واسطه ایجاد یک سد، ویروس ها را خنثی نمایند و در صورت ناموفق بودن، به روش منحرف کردن متوسل شوند.

کاربردهای احتمالی یافته های این پژوهش

آناند ادامه داد: شاید یافته های این پژوهش برای طراحی پادتن های درمانی، سودمند باشند. پادتن های مونوکلونال C10، مخصوص ویروس های دنگی و زیکا هستند و می توانند این ویروس ها را به دو روش گوناگون خنثی نمایند اما شاید بتوان روش هایی را با همان قابلیت ها برای درمان بیماری های دیگر مانند کووید-19 طراحی کرد. با ابداع یک دارو حاوی پادتن هایی که هم می توانند راه ویروس ها را مسدود سازند و هم آنها را منحرف نمایند، احتمالا می توانیم به خنثی سازی بیشتر دست پیدا کنیم.

وی افزود: هدف این نیست که منتظر بمانیم تا ویروس به بافت مورد نظر خود برسد؛ بنابراین اگر بتوان چنین درمانی را در قالب یک اسپری بینی ارائه داد، می توان از ورود آن به سیستم ایمنی بدن جلوگیری کرد. با انجام دادن این کار، حتی ممکن است بتوان از پادتن کمتری استفاده کرد زیرا پژوهش های ما نشان می دهند که برای خنثی کردن ویروس به وسیله روش اعوجاج، پادتن کمتری مورد احتیاج است.

اهمیت این پژوهش در این است که یک راهبرد کاملا نو را نشان می دهد که بعضی از پادتن ها برای غیرفعال کردن بعضی از ویروس ها از آن استفاده می نمایند.

آناند افزود: پیش از این، تنها چیزی که در خصوص پادتن ها می دانستیم، این بود که آنها به ویروس ها متصل می شوند و آنها را خنثی می نمایند. اکنون می دانیم که پادتن ها می توانند ویروس ها را حداقل با دو روش گوناگون و شاید حتی بیشتر خنثی نمایند. این پژوهش، دری را به روی یک راستا کاملا نو از اکتشافات باز می نماید.

این پژوهش، در مجله Cell به چاپ رسید.